梭口最低位置具有长停顿角度的六杆开口机构的设计方法

摘要

本发明公开了一种梭口最低位置具有长停顿角度的六杆开口机构的设计方法，在设计中使用曲柄摇杆机构的连杆曲线，利用一曲柄摇杆机构的第一连杆延伸面上一连杆点作8字形曲线运动，在所述连杆点串联一双杆组件，所述连杆点的平面运动经所述双杆组件的输入连杆带动开口臂作摆动，当连杆点沿8字形曲线右端部圆弧段运动时，开口臂摆动点近似不动，实现了一种开口臂在两极限位置具有不对称停顿角度，尤其是在梭口最低位置具有长停顿的开口机构；而且本发明中的铰接连杆机构简单，转动副比低副受力小，转动副受力平滑、少冲击，这适用于织机开口机构的改造和设计，尤其是对于高速宽幅织机。

说明书

技术领域

本发明属于喷气织机领域，涉及一种打纬机构的设计方法，具体涉及一种梭口最低位置具有长停顿角度的六杆开口机构的设计方法。

 

背景技术

    多数开口机构由凸轮摆杆机构和综框系统组成。凸轮摆杆机构的最大缺陷是凸轮与凸轮转子接触表面的压力很大，凸轮与凸轮转子之间摩擦表面因压力大产生磨损，磨损加剧凸轮与凸轮转子之间的冲击。织机速度越来越高，高速带来振动和运动不平稳，冲击与磨损越来越大；尤其是消极式开口机构采用回综弹簧作力封闭，当织机转速大于650转/分时，冲击大到损坏开口机构的所有另件。虽然可以用共轭凸轮替代力封闭凸轮，但共轭凸轮的制造精度极高，一旦制造精度不能满足设计要求，同样产生强冲击和强振动。而铰接连杆机构在速度和载荷承受能力远高于凸轮机构，铰接连杆机构广泛使用在各种高速高载自动机械中，只是铰接连杆机构的计算和设计比凸轮机构复杂。

　　设计铰接连杆开口机构，第一个要求是开口机构的运动曲线对称，连杆机构的位移曲线做不到完全对称，只能做到近似对称。只能要求连杆开口机构生成对称性好的输出曲线。第二个要求用连杆机构实现在开口臂极限位置有停顿，凸轮理论廓线很容易做到某段廓线为圆弧，不变的圆弧半径相当于输出运动的停顿，用连杆机构实现停顿比较困难，只能实现近似停顿。织造工艺要求开口机构完成梭口的构型，但完成动作的精度要求不高，每页综框的开口高度都是可调的。综框在梭口最低位置的停顿时间长短可以用开口高度来替换，停顿时间若不够，开口高度调高一点。综框在梭口最高最低位置停顿是为了在这段时间内完成引纬动作，综框在梭口最高最低位置是一个区域，现在织机综框在最低位置的振动超过3毫米，在最高位置的振动超过1.5毫米，综框稍微有点动不影响纬纱在梭口内飞行和引纬动作的完成。

　　用连杆曲线再现给定轨迹,没有办法精确再现给定轨迹。在设计上使用连杆曲线逼近设计要求，方法是逼近，逼近适用于织机开口机构的设计，尤其是对于高速宽幅织机。铰接连杆机构简单，转动副比低副承受更高重载荷，转动副受力平滑、少冲击。

发明内容

为了满足上述需求，本发明旨在提供一种梭口最低位置具有长停顿角度的六杆开口机构的设计方法，实现了开口机构开口臂在摆动极限位置的近似停顿以及梭口最低位置具有长停顿角度。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

    一种梭口最低位置具有长停顿角度的六杆开口机构的设计方法,利用一曲柄摇杆机构的曲柄带动第一连杆延伸面上一连杆点作8字形曲线运动，所述8字形曲线的右端部具有速度变化缓慢，在所述连杆点串联一双杆组件，所述连杆点的平面运动经所述双杆组件的输入连杆带动开口臂作摆动；当所述连杆点沿所述8字形曲线右端部圆弧段运动，所述双杆组件开口臂的摆动点近似不动，从而实现了所述开口臂在摆动极限位置的近似停顿，即所述开口机构在梭口最低位置具有长停顿角度；具体设计步骤如下：

步骤1）设计并构建所述曲柄摇杆机构；

    设所述曲柄和机架的几何尺寸已知，设计任务是求所述第一连杆和摇杆的长度，满足如下条件：

1.1 LAB + LAD < LBC + LCD ；

1.2 LBC > 3.2 × LAB ；

1.3 180°＞θ₁₂＞179.7°；

式中，LAB、LBC、LCD分别表示所述曲柄、所述第一连杆和所述摇杆的长度，LAD表示第一铰接点与第二铰接点之间机架的长度，θ₁₂表示所述曲柄的极位夹角；

根据上述条件，得出所述第一连杆和所述摇杆的长度；将所述第一连杆的两端分别与所述曲柄和所述摇杆的一端铰接，再将所述曲柄的另一端铰接在机架的第一铰接点上，将所述摇杆的另一端铰接在机架的第二铰接点上；

    步骤2）选取8字形连杆曲线；

    2.1 在所述第一连杆延伸面上任取一所述连杆点，构成连杆三角形，先取LBF >> LCF，选取所述连杆点应满足以下两点: 

1）所述连杆点在所述摇杆延长线附近；

2）LCF = 0.9 — 1.1 × LAB；

    式中，LAB、LCF、LBF分别表示所述曲柄、所述连杆三角形的第三连杆和第二连杆的长度；              

2.2 选取所述连杆点的轨迹曲线为扁平状8字形曲线；　　　

步骤3）构建所述双杆组件；

将一输入连杆的一端铰接在所述连杆点上，将所述输入连杆的另一端与一开口臂的一端铰接，再将所述开口臂的另一端交接在机架的第三铰接点上，构成所述双杆组件；所述连杆点取在所述8字形曲线最右侧的端点，并与所述摆动点轨迹的最高点连接，使所述输入连杆的长度为最长。

变动机架的所述第三铰接点的位置，变动所述开口臂的杆长，改变了所述摆动点的位置，调节了所述连杆点和所述摆动点的轨迹曲线的相对位置，每次变动后分别求出所述开口臂的角位移曲线，直到求出的所述角位移曲线在所述开口臂的两个极限位置有不对称停顿； 

    步骤4）用所述开口臂的角位移曲线和角速度曲线检验对称性和停顿角度；

    变动所述输入连杆的杆长，变动所述第三连杆的杆长，使所述开口臂的角位移曲线、角速度曲线和角加速度曲线满足下列条件：

    1）最大无量纲角加速度的绝对值＜0.4；

    2）角速度曲线两个零点对应的所述曲柄角度差的绝对值-180°＜3.2°；

    3）角位移曲线在最高位置的停顿角＞18°；

    4）角位移曲线在最低位置的停顿角＞60°。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明在设计开口机构时使用了曲柄摇杆机构的连杆曲线，让曲柄摇杆机构第一连杆延伸面上的一连杆点做8字形曲线，并在该连杆点接一二杆组件，当连杆点沿8字形曲线右端部圆弧段运动时，开口臂摆动点近似不动，实现了一种开口臂在两极限位置具有不对称停顿角度，尤其是在梭口最低位置具有长停顿的开口机构；而且本发明中的铰接连杆机构简单，转动副比低副受力小，转动副受力平滑、少冲击，这适用于织机开口机构的改造和设计，尤其是对于高速宽幅织机。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

 

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明设计的六杆开口机构的运动原理图；

图2为本发明设计的六杆开口机构的开口臂角位移曲线；

图3为现有开口机构的平纹凸轮的升程曲线示意图；

图4为本发明设计的六杆开口机构曲柄的极位夹角示意图；

图5为本发明设计的六杆开口机构曲柄极位夹角与第一连杆、摇杆长度选取的关系示意图；

图6为本发明设计的六杆开口机构连杆三角形第二端点和连杆点的轨迹曲线及其相对位置示意图；

图7为本发明设计的六杆开口机构连杆点的连杆曲线轨迹示意图；

图8为本发明设计的六杆开口机构连杆点和摆动点的轨迹曲线及其相对位置示意图；

图9为图2的简化示意图；

图10为本发明设计的六杆开口机构的开口臂角速度曲线示意图；

图11为本发明设计的六杆开口机构的开口臂无量纲角加速度曲线示意图；

图12为本发明设计的六杆开口机构的构型图。

 

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。

参见图1、图12所示，一种梭口最低位置具有长停顿角度的六杆开口机构的设计方法,利用一曲柄摇杆机构ABCD的曲柄AB带动第一连杆BC延伸面上一连杆点F作8字形曲线运动，所述8字形曲线的右端部具有速度变化缓慢，在所述连杆点F串联一双杆组件FGE，所述连杆点F的平面运动经所述双杆组件FGE的输入连杆FG带动开口臂GE作摆动；当所述连杆点F沿所述8字形曲线右端部圆弧段运动，所述双杆组件FGE开口臂GE的摆动点G近似不动，从而实现了所述开口臂GE在摆动极限位置的近似停顿，即所述开口机构在梭口最低位置具有长停顿角度。

参见图2所示，图2表示开口臂GE的角位移曲线，横坐标表示曲柄AB转角，纵坐标表示开口臂GE的角位移。该角位移曲线在梭口最低位置区存在一个长停顿区，从开口臂GE的最大和最小摆角减去或加上1°，波动角度1°=δ，称为小摆角，波动角度δ所在的区域称为停顿区。1°线与角位移曲线相交两点，两点对应曲柄AB的两个转角θ₁、θ₂，θ=θ₂-θ₁，θ称为停顿角。如图2所示，在梭口最低位置的停顿角=88°-13.5°=74.5°, 在梭口最高位置的停顿角=252°-214°=38°。

    由图2所示曲线可见，开口机构曲柄AB作360°回转，开口臂GE角位移曲线有最大摆角和最小摆角，分别对应梭口最高位置和最低位置，梭口最高位置231°，梭口最低位置49°，相位差182°，角位移曲线基本对称。开口机构曲柄AB转360°，打纬机构曲柄转720°，梭口最高和最低位置区都对应引纬过程。

参见图3所示，图3表示平纹凸轮的升程曲线，在梭口最高和最低位置近似停顿时间不等，最低位置停顿角大。用这种凸轮织造的织物风格饱满，上下层经纱张力相差大，纱与纱之间的空隙由纱填实。现在用六连杆机构代替凸轮开口机构，应设计最高和最低位置停顿时间不等的连杆开口机构，而且连杆开口机构可以在最低位置停顿角更大，不再担忧开口机构因受力大不能适应高速。

纬纱从引纬侧的喷嘴飞出，越过梭口飞向捕纬侧，完成引纬动作。纬纱飞越梭口化费数十毫秒，高速开口机构因此要求引纬过程对应曲柄转过较长的角度，开口臂近似停顿，即要求开口臂在梭口最低位置近似停顿时间长，停顿角大。

在梭口最高和最低位置有停顿往复摆动的机构，机构的输出运动有二个运动形态组成，一是输出杆摆动，二是在梭口最高最低位置区输出杆存在近似停顿。开口机构的停顿区不存在小摆动，只是在最高和最低位置运动速度低，角位移变化慢。开口区的停顿角θ>70°，相当于打纬曲柄θ>140°。

本发明具体设计步骤如下：

步骤1）设计并构建曲柄摇杆机构ABCD；

    曲柄摇杆机构ABCD最短杆件是曲柄AB，最长杆件是第一铰接点A和第二铰接点D之间的机架AD。设曲柄AB和机架AD的几何尺寸已知，设计任务是求第一连杆BC和摇杆CD的长度，满足如下3个条件：

    曲柄摇杆机构ABCD成立的条件是最短杆件曲柄AB与最长杆件机架AD的长度之和小于第一连杆BC与摇杆CD长度之和： 

1.1 LAB + LAD < LBC + LCD ；

    式中，LAB、LBC、LCD分别表示所述曲柄AB、第一连杆BC和摇杆CD的长度，LAD表示第一铰接点A与第二铰接点D之间机架AD的长度。

    曲柄摇杆机构ABCD是六杆开口机构的基础，第一级机构设计要求运动上对称，因为开口机构的运动周期是以主轴曲柄AB转720°为一个周期，每360°对应一次打纬。摇杆CD的角位移输出以开口曲AB转180°为近似周期，运动要求曲柄摇杆机构ABCD往复两过程对称，第一连杆BC越长，摇杆CD角位移曲线对称性越好；因此：

1.2 LBC > 3.2 × LAB ；

    式中，LAB、LBC分别表示所述曲柄AB和第一连杆BC的长度。

    参见图4所示，图4表示曲柄AB的极位夹角，曲柄AB作360°回转，摇杆CD作摆角为Ф₁₂的摆动。摇杆CD存在两个极限位置C₁D、C₂D，第一极限位置C₁D出现在曲柄AB₁和第一连杆B₁C₁成为一条直线时，第二极限位置C₂D出现在曲柄AB₂和第一连杆B₂C₂成为一条直线时，两次共线时曲柄AB的转角分别为θ₁、θ₂。与总摆角Ф₁₂对应的是曲柄AB的转角θ₁₂=θ₂-θ₁。θ₁₂表示曲柄摇杆机构ABCD的曲柄AB的极位夹角，曲柄AB与第一连杆BC两次共线位置之间的所夹角为锐角，因此：

1.3 180°＞θ₁₂＞179.7°。

根据条件1.3选取成对的第一连杆BC和摇杆CD的长度。参见图5所示，图5表示θ₁₂与第一连杆BC、摇杆CD长度的选取的关系，当第一连杆BC长度选定，通过θ₁₂=180°，可以确定摇杆CD的长度，由图5所示曲线可见，对于一定角度的θ₁₂，可以寻找到一对第一连杆BC和摇杆CD的长度，LBC=98毫米和LCD=79.7毫米（图5的纵横坐标同图1的YX坐标）。

根据上述条件，得出第一连杆BC和摇杆CD的长度；将第一连杆BC的两端分别与曲柄AB和摇杆CD的一端铰接，再将曲柄AB的另一端铰接在机架的第一铰接点A上，将摇杆CD的另一端铰接在机架的第二铰接点D上。

    步骤2）选取8字形连杆曲线；

在第一连杆BC延伸面上任取一连杆点F，构成连杆三角形△BCF，取LBF >> LCF；

式中，LCF 、LBF分别表示连杆三角形△BCF的第三连杆CF和第二连杆BF的长度。

参见图6所示，图6表示连杆三角形△BCF的第二端点C和连杆点F的轨迹曲线的相对位置，第二端点C的轨迹是一条圆弧，连杆点F的轨迹是一条扁平8字形线，由图6可见第二端点C和连杆点F的两条轨迹近乎平行。由图1可见，选择连杆点F应考虑到以下两点：

1）连杆点F在摇杆CD延长线附近；

2）LCF = 0.9 — 1.1 × LAB；

    式中，LAB、LCF、LBF分别表示曲柄AB、连杆三角形△BCF的第三连杆CF和第二连杆BF的长度。              

    参见图7所示，图7表示连杆点F的轨迹曲线为8字形连杆曲线，属于扁平状8字形曲线（图7的纵横坐标同图1的YX坐标），该曲线走向是按8字逆时针方向，曲线中部有一个二重点，即该8字形连杆曲线来回轨迹的相交点。　　　

步骤3）构建所述双杆组件FGE；

将一输入连杆FG的一端铰接在连杆点F上，将输入连杆FG的另一端与一开口臂GE的一端铰接，再将开口臂GE的另一端交接在机架的第三铰接点E上，构成双杆组件FGE。连杆点F取在8字形曲线最右侧的端点，并与摆动点G轨迹的最高点连接，使输入连杆FG的长度为最长。

参见图8所示，图8表示连杆点F和摆动点G的轨迹曲线及其相对位置（图8的纵横坐标同图1的YX坐标），图8上标注的角度为开口机构曲柄AB的转角。如图8所示，连杆点F的8字形曲线与摆动点G的圆弧轨迹方向呈现出交叉，8字形曲线上67°和235°两端部处的曲线对应摆动点G的两个极限位置，也就是对应梭口最高和最低位置。

参见图9和图10所示，图9表示开口臂GE的角位移曲线，图10表示开口臂GE的角速度曲线。在角速度曲线上为49°时，开口臂GE角速度为零，此段角速度曲线缓慢变化，曲线从下向上穿越X轴，梭口最低位置对应13.5°-88°停顿角，此时连杆点F位于8字形曲线的右端部，摆动点G位于开口臂GE最上端；在231°时，开口臂GE角速度为零，此段角速度曲线陡峭，角速度快速变化从上向下穿越X轴，梭口最高位置对应214°- 249°停顿角，此时连杆点F位于8字形曲线的左端部，摆动点G位于开口臂GE最下端。

利用连杆点F的一段具有8字形弧段的曲线轨迹，在8字形曲线的右端部具有速度变化缓慢，取双杆组件FGE的输入连杆FG的长度足够长，当连杆点F沿8字形曲线右端部圆弧段运动时，开口臂GE转动副连接的摆动点G近似不动，实现了开口臂GE的近似停顿。

变动机架的第三铰接点E的位置，变动开口臂GE的杆长后，就改变了摆动点G的位置，调节了连杆点F和摆动点G的轨迹曲线的相对位置，每次变动后分别求出开口臂GE的角位移曲线，直到求出的角位移曲线在开口臂GE的两个极限位置有不对称停顿。   

步骤4）用开口臂GE的角位移曲线和角速度曲线检验对称性180°和停顿角度；

检验对称性180°；用开口臂GE角速度曲线的零点检验六杆机构输出曲线的对称性，参见图10所示，开口臂GE角速度曲线有两个零点，零点对应的曲柄AB角度分别是231°和49°，角度差231°-49°=182°；若角度差为180°，表明输出曲线完全对称；现在角度差为182°，表明输出曲线不完全对称。

    检验停顿角；参见图9所示，在开口臂GE角位移曲线的最高最低位置附近曲线变化平缓，平缓变化对应的曲柄AB转角称作停顿角度，最低位置停顿角=88°-13.5°=74.5°，最高位置停顿角=249°-214°=35°。最低位置停顿角远大于最高位置停顿角，织物风格显得丰满。若最高最低位置停顿角小且相等，织物风格呈现出小方眼。

    变动输入连杆FG的杆长，变动第三连杆CF的杆长，使开口臂GE的角位移曲线、角速度曲线和角加速度曲线满足下列条件：

    1）无量纲角加速度的最大绝对值＜0.4；

    2）角速度曲线两个零点对应的曲柄AB角度差的绝对值-180°＜3.2°；

    3）角位移曲线在最高位置的停顿角＞18°；

4）角位移曲线在最低位置的停顿角＞60°。

参见图10所示，图10表示开口臂GE无量纲角加速度曲线，无量纲角加速度=角加速度/曲柄转速²。由于在梭口最低位置停顿时间长，在梭口最低位置邻近的加速度就小，在梭口最高位置邻近加速度就大。所以需加一个条件，即正负角加速度不要相差太大，无量纲角加速度的最大绝对值<0.4。

上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所作出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。